一種帶電粒子束流偏轉(zhuǎn)磁場結(jié)構(gòu)及應(yīng)用該結(jié)構(gòu)的離子注入機的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于偏轉(zhuǎn)帶電粒子束流的磁場結(jié)構(gòu)。本發(fā)明提供了一種新型磁場結(jié)構(gòu)，使束流在水平平面偏轉(zhuǎn)的同時使束流在垂直方向發(fā)生整體偏轉(zhuǎn)。當(dāng)該磁場結(jié)構(gòu)應(yīng)用于離子注入機時，無需額外的偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)即可實現(xiàn)束流垂直方向偏轉(zhuǎn)，因此縮短了離子注入機束線長度。
【專利說明】
一種帶電粒子束流偏轉(zhuǎn)磁場結(jié)構(gòu)及應(yīng)用該結(jié)構(gòu)的離子注入機
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種磁場結(jié)構(gòu)，尤其涉及一種用于離子注入機中的磁場結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]離子注入機廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體制造領(lǐng)域。在離子注入機中，經(jīng)常需要加入偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)對束流進行偏轉(zhuǎn)，以實現(xiàn)一些特定的目的。例如，在低能大束流注入機中，一般采用末端減速實現(xiàn)低能注入。離子束流在減速之前保持較高能量，這有利于高流強束流的傳輸。雖然離子注入機中真空度較高，但仍有部分殘余氣體，束流中的離子與殘余氣體可能發(fā)生電荷交換，使離子變?yōu)橹行栽踊蚍肿?，特定位置產(chǎn)生的中性原子或分子有可能到達(dá)注入靶。由于中性原子或分子不受減速影響，因此注入能量較帶電粒子高，因此產(chǎn)生所謂的能量污染問題。為消除能量污染，一般在減速之后加一電或磁偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，使離子沿偏轉(zhuǎn)軌道進入注入靶，中性原子或分子不受電場或磁場影響，沿直線運動，不會注入靶中，因此可消除能量污染。
[0003]加入額外的偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)會帶來一些問題。例如，加入額外的偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)使束流到靶的傳輸距離變長。在低能大束流情況下，由于束流空間電荷效應(yīng)較強，較長的束線不利于束流的傳輸。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的實施例提供了帶電粒子束流偏轉(zhuǎn)磁場結(jié)構(gòu)，該帶電粒子束流偏轉(zhuǎn)磁場結(jié)構(gòu)除在水平平面實現(xiàn)一般的束流分析和平行化功能之外還能同時實現(xiàn)垂直方向的束流整體偏轉(zhuǎn)，從而不必為實現(xiàn)垂直偏轉(zhuǎn)而添加額外的偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，縮短了束線長度，有利于低能大束流狀態(tài)下的束流傳輸。
[0005]在本發(fā)明的一個實施例中，帶電粒子束流偏轉(zhuǎn)磁場結(jié)構(gòu)包括一對磁體，兩磁體的厚度線性變化，兩磁體的遠(yuǎn)離束流的極面相互平行，其中一個磁體的與束流靠近的極面與水平平面平行，另一個磁體的與束流靠近的極面與水平平面不平行。
[0006]在本發(fā)明的另外一個實施例中，帶電粒子束流偏轉(zhuǎn)磁場結(jié)構(gòu)包括一對磁體，兩磁體中至少一個厚度均勻，其中一個磁體的與束流靠近的極面與水平平面平行，另一個磁體的與束流靠近的極面與水平平面不平行。
[0007]本發(fā)明的又一實施例為一離子注入機，該離子注入機包括離子源、引出電極、分析器、分析光闌、平行透鏡、減速/偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)、注入靶室等部件，其中平行透鏡和分析器至少一個為上述兩個實施例中的帶電粒子束流偏轉(zhuǎn)磁場結(jié)構(gòu)。
【附圖說明】
[0008]各圖中，坐標(biāo)系如各圖所示，束流方向均為Z方向，X方向為水平方向，Y方向為垂直方向，字母B代表磁感應(yīng)強度。
[0009]圖1為常規(guī)的均勻場二極磁鐵結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]圖2為常規(guī)的非均勻場二極磁鐵結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖3為根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的帶電粒子束流偏轉(zhuǎn)磁場結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖4為根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式的帶電粒子束流偏轉(zhuǎn)磁場結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖5是根據(jù)本發(fā)明的又一實施方式的離子注入機的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0014]下面將結(jié)合附圖進一步詳細(xì)描述本發(fā)明，本發(fā)明的較佳實施例圖示在這些附圖中。提供這些實施例使為了使揭示的內(nèi)容更加透徹和完整，且將本發(fā)明的范圍充分傳遞給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。然而，本發(fā)明可體現(xiàn)為許多不同的形態(tài)，而不應(yīng)局限于本說明書所列舉的實施例。
[0015]圖1為常規(guī)均勻場二極磁鐵，101和102為設(shè)置于束流兩側(cè)的兩個磁極，磁場方向如圖所示，束流方向如103所示。根據(jù)基本物理學(xué)原理，束流只在XZ平面發(fā)生偏轉(zhuǎn)。
[0016]圖2為常規(guī)非均勻場二極磁鐵，201和202為設(shè)置于束流兩側(cè)的兩個磁極，除中心平面外203，磁場均有X方向分量和Y方向分量。Y方向分量使束流在XZ平面發(fā)生偏轉(zhuǎn)。由于中心平面203上方和下方的X方向分量的方向不同，X方向分量可以使束流向中心平面203聚焦或散焦。一般離子注入機中利用圖2所示非均勻場實現(xiàn)垂直方向聚焦。
[0017]在離子注入機中，經(jīng)常需要使束流在Y方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)以實現(xiàn)消除能量污染等目的，如圖1和圖2可知，常規(guī)的均勻場和非均勻場二極磁鐵均不能實現(xiàn)束流Y方向整體偏轉(zhuǎn)。
[0018]圖3為根據(jù)本發(fā)明的一實施例的帶電粒子束流偏轉(zhuǎn)磁場結(jié)構(gòu)，301和302為設(shè)置于束流兩側(cè)的磁極。容易看出，由于此種情況下磁場沿X方向分量方向相同，因此可以實現(xiàn)束流整體沿Y方向偏移。
[0019]圖4為根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的帶電粒子束流偏轉(zhuǎn)磁場結(jié)構(gòu)，容易看出仍可實現(xiàn)束流整體沿Y方向偏移。圖4結(jié)構(gòu)與圖3結(jié)構(gòu)相比其下磁極厚度均勻，在實際情況中方便安裝。
[0020]圖5為根據(jù)本發(fā)明的又一實施例的離子注入機。501為離子源，502為引出電極，503為分析器，504為分析光闌，505為平行透鏡，506為減速結(jié)構(gòu)，507為注入靶室，箭頭代表束流方向，在非平行束情況下箭頭代表束流中心粒子軌跡方向。圖5所示離子注入機中的分析器和平行透鏡兩者至少一個采用了圖3或圖4所示的帶電粒子束流偏轉(zhuǎn)磁場結(jié)構(gòu)。以平行透鏡采用圖3或圖4所示結(jié)構(gòu)為例，當(dāng)束流通過平行透鏡之后，束流實現(xiàn)平行化的同時整體沿Y方向偏轉(zhuǎn)，再經(jīng)過之后的減速/偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)之后，即可實現(xiàn)消除能量污染。
[0021]本說明書所述的特定實施例不會在范圍上限制本發(fā)明。實際上，根據(jù)以上的描述以及附圖，除本說明書所述的實施例外，本發(fā)明的其它各種實施例以及本發(fā)明的改良形式對于本領(lǐng)域中的技術(shù)人員而言都是明顯易懂的。例如，容易想到圖4所示結(jié)構(gòu)的上部磁極亦可為厚度均勻磁極。因此，這些實施例及改良形式應(yīng)屬于本發(fā)明范圍。另外，雖然本說明書中是為了特定的用途在特定的場合下以特定的實施方法來描述本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠認(rèn)識到其有用性不限于此，本發(fā)明可以為了多種用途在多種場合下以有益的方式來實施。
【主權(quán)項】
1.一種帶電粒子束流偏轉(zhuǎn)磁場結(jié)構(gòu)，將通過該磁場結(jié)構(gòu)的帶電粒子束流整體向Y方向偏轉(zhuǎn)，其中以該帶電粒子束流的傳輸方向為Z方向，以垂直于Z方向且平行于水平地面的方向為X方向，以垂直于Z方向且垂直于水平地面的方向為Y方向。該帶電粒子束流偏轉(zhuǎn)磁場結(jié)構(gòu)包括: 第一磁體，其位于帶電粒子束流的Y方向的一側(cè)。 第二磁體，其位于與第一磁體相對應(yīng)的帶電粒子束流的Y方向的另一側(cè)。 其中第一磁體和第二磁體之中一個磁體靠近束流方向的極面平行于XZ平面，另一個磁體靠近束流的極面與XZ平面不平行。第一磁體和第二磁體之間的間隙寬度沿X方向漸變，以產(chǎn)生沿X和Y方向的磁場。Y方向磁場產(chǎn)生洛倫茲力使帶電粒子束流在XZ平面內(nèi)偏轉(zhuǎn)，X方向磁場洛倫茲力使帶電粒子束流沿Y方向偏轉(zhuǎn)。2.如權(quán)利要求1所述的帶電粒子束流偏轉(zhuǎn)磁場結(jié)構(gòu)，其第一磁體和第二磁體可為電磁體或永磁體。3.如權(quán)利要求1所述的帶電粒子束流偏轉(zhuǎn)磁場結(jié)構(gòu)，其第一磁體和第二磁體的厚度可為均勻的或線性變化的。4.如權(quán)利要求1所述的帶電粒子束流偏轉(zhuǎn)磁場結(jié)構(gòu)，其帶電粒子束流可為離子束流或電子束流，其中離子束流可為正離子或負(fù)離子，電子亦可為負(fù)電子或正電子。5.—種離子注入機，其包括: 離子源，用于產(chǎn)生離子束。 引出電極，用于將離子從離子源中引出，使離子傳輸至之后的部件中。 分析器，用于分離不同種類的離子。 分析光闌，用于選擇所需要注入的種類的離子。 平行透鏡，用于使通過分析器聚焦的離子束成為平行的離子束。 減速/偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，對束流進行減速，以實現(xiàn)離子的低能注入，同時對束流進行偏轉(zhuǎn)。 注入靶室，以承載注入工件并進行必要的機械運動以實現(xiàn)所需的離子注入。 其中所述分析器和平行透鏡為磁場結(jié)構(gòu)，兩者中至少一個為如權(quán)利要求1所述的帶電粒子束流偏轉(zhuǎn)磁場結(jié)構(gòu)。6.如權(quán)利要求5所述的離子注入機，其中所述分析器和平行透鏡的磁場結(jié)構(gòu)可為電磁鐵或永磁體。7.如權(quán)利要求5所述的離子注入機，所述離子源產(chǎn)生的所述離子束可為正離子束或負(fù)咼子束。8.如權(quán)利要求5所述的離子注入機，還包括聚焦結(jié)構(gòu)以實現(xiàn)束流傳輸中的聚焦，其中聚焦結(jié)構(gòu)可為電聚焦結(jié)構(gòu)或磁聚焦結(jié)構(gòu)。9.如權(quán)利要求5所述的離子注入機，其到靶束流可為斑點束或?qū)拵?br>【文檔編號】H01J37/317GK105895486SQ201410788972
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2014年12月18日
【發(fā)明人】張叢
【申請人】北京中科信電子裝備有限公司